PDF《浅谈 P ID 调节在温度控制系统中的应用》

Equipment Manufactring Technology No.

5,2009 Equipment Manufactring Technology No.5,2009 传统温度控制器的电热元件,一般以用发热丝制成的电 热棒及发热圈为主. 加热时, 发热丝通常能达到

1000 ℃以上, 因此发热棒、 发热圈的内部温度很高. 但是传统的温度控制器 在进行温度控制期间, 其控制温度多在 0~400 ℃之间, 当被 加热器件温度升高至设定温度时,温度控制器会发出信号停 止加热.但这时发热棒或发热圈的内部温度仍然高于 400℃, 发热棒、 发热圈还将会对被加热的器件进行加热, 即使温度控 制器发出信号停止加热,被加热器件的温度还往往继续上升 数度, 然后才开始下降.当下降到设定温度的下限时, 温度控 制器又开始发出加热的信号, 开始加热. 但是通常开始重新加 热时, 温度继续下降数度. 所以, 传统的定点开关控制, 温度会 有正负误差数度的现象. 要解决这个问题, 可以采用 PID 模糊 控制技术.PID 控制, 是针对以上的情况而制定的新的温度控 制方案, 用先进的技术通过 P、 I、 D 三方面的结合调整, 来解决 惯性温度误差问题. 本文设计了一种水温控制系统,以单片机为核心,结合 Pt100 传感器进行水样的采集,并且对采集到的温度值进行 PID 运算处理, 实现对水温的控制.

1 系统整体框图 该系统以单片机为控制核心,配有键盘输入单元和 LED 显示单元, 实现实时采样温度显示及实时数据传送功能. 1.1 硬件部分 系统的硬件部分如图

1 所示,以SPCE061A 为核心控制 器, 包含有传感器电路, 键盘和显示电路, 继电器控制电路, 通 信电路. SPCE061A 是一款

16 位单片机芯片, 该芯片拥有

8 路10 位精度的 A/D 转换器,可以直接将传感器信号放大后输入其 A/D 转换通道.SPCE061A 可进行实时温度采样, 通过数码管 将当前温度显示;

并根据采样结果控制加热器, 调节平均加热 功率大小;

同时通过 UART 接口传送至 PC 机. 传感器电路―― ―包括测量电路和放大电路两部分.使用 Pt100 温度传感器, 具有抗振动、 稳定性好、 准确度高等优点. 测量电路使用电桥, 且其中一个桥臂为 Pt100.放大电路采用 LM358 集成运算放大器,可使用两级放大来防止单级放大倍 数过高带来的非线性误差. 按键、显示电路―― ―按键可直接使用 SPCE061A 自带的 按键;

显示电路可选用 LED 键盘模组

6 位数码管的其中

3 位 进行动态显示. 继电器控制电路―― ―因为系统的主要功率器件为一个交 流220V / 1000W 的电加热器, 故需要采用继电器来驱动该加 热器. 通信电路―― ―系统实时采样温度显示及传送通过 UART 接口完成. 1.2 软件部分 设计目标温度后, 系统采样水温, 并通过预设温度、 当前 温度、历史偏差等进行 PID 运算并产生 fout 输出参数,通过 fout 控制加热时间, 从而调节加热器的平均功率.主程序段设 计如下: 浅谈 PID 调节在温度控制系统中的应用 赵小灵 (广西大学电气工程学院, 广西 南宁

530004 ) 摘要: 针对传统的定点开关控制温度会有误差的现象, 设计了一种水温控制系统, 以SPCE061A 为核心控制器, 结合 Pt100 传感器进 行水温采集, 并且对采集到的温度值进行 PID 运算处理, 实现了对水温的控制. 关键词: PID 控制;

温度控制系统;

SPCE061A;

Pt100 中图分类号: TP273 文献标识码: B 文章编号: 1672- 545X (2009) 05- 0104-